узел соединения колонны с ригелем каркаса сейсмостойкого здания (варианты)

Формула изобретения

1. Узел соединения колонны с ригелем каркаса сейсмостойкого здания, включающий колонну и металлический ригель, имеющий ослабление сечения вне зоны сварных швов, соединяющих ригель с колонной, отличающийся тем, что ослабление сечения в прокатном ригеле выполнено за счет вертикальных прорезей в полках по оси стенки с шириной не менее ее толщины и глубиной не менее двух толщин полки.

2. Узел соединения колонны с ригелем каркаса сейсмостойкого здания, включающий колонну и металлический ригель, имеющий ослабление сечения вне зоны сварных швов, соединяющих ригель с колонной, отличающийся тем, что ослабление сечения в прокатном ригеле выполнен за счет горизонтальных прорезей в стенке на уровне ее сочленения с полками.

3. Узел соединения колонны с ригелем каркаса сейсмостойкого здания, включающий колонну и металлический ригель, имеющий ослабление сечения вне зоны сварных швов, соединяющих ригель с колонной, отличающийся тем, что ослабление сечения в составном сварном ригеле выполнено за счет прерывания поясных сварных швов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к строительству и может быть использовано в рамных каркасах сейсмостойких зданий и сооружений.

Известен сварной узел рамного металлического каркаса, в котором полки двутаврового ригеля прикрепляются к колонне непосредственно, а стенка - посредством вертикальной накладки (Металлические конструкции: Спец. Курс. Учеб. пособие для вузов./ Е.И.Беленя, Н.Н.Стрелецкий, Г.С.Ведеников и др.; Под общ. Ред. Е.И.Беленя. - 2-е изд., перераб. доп. - М.: Стройиздат, 1982, стр. 312, рис. 21.17.а).

Недостаток этого узла состоит в том, что сварные швы, соединяющие ригель с колонной, расположены в сечении, которое при сейсмическом воздействии является самым нагруженным. В связи с этим узел имеет низкую энергопоглощающую способность и недолговечен, так как концентраторы напряжений сварных швов инициируют появление усталостных трещин и, в конечном итоге, разрушение узла. Кроме этого, в зоне сварных швов продольные нормальные напряжения в полках ригеля распределены крайне неравномерно с большим значением в месте примыкания стенки к поясам; что является дополнительным концентратором.

Известен сварной узел рамного металлического каркаса, в котором, с целью равномерного распределения продольных нормальных напряжений в полках двутаврового ригеля в зоне сварных швов, стенка, начиная с торца, отделена от полок продольными узкими прорезами длиной около половины высоты сечения балки (патент США 5680738, кл. Е 04 Н 9/02).

Недостатком данного узла является то, что сварные швы, соединяющие ригель с колонной, расположены в зоне, где при сейсмическом воздействии проявляются максимальные пластические деформации, сопровождающие потерю устойчивости стенки и одной из полок на участке прорези. И здесь наличие концентраторов напряжений снижает энергопоглощающую способность узла.

Известен сварной узел рамного металлического каркаса, в котором "пластический шарнир" в твутавровом ригеле, поглощающий энергию колебаний при сейсмических воздействиях, организуется вне зоны сварных швов за счет увеличения ширины полок в месте их примыкания к колонне (Металлические конструкции./ Под ред. Н.П.Мельникова. - 2-е изд. Перераб. доп. - М.: Стройиздат, 1980. Стр. 675, рис. 32.5 ).

Недостатком этого узла является сложность изготовления двутаврового ригеля с уширенными полками по концам.

Наиболее близким по техническому решению является сварной узел рамного металлического каркаса, где "пластический шарнир" в двутавровом ригеле организуется посредством уменьшения ширины полок в приопорном сечении, отстоящим от колонны на половину высоты ригеля (SEAOC Seismic Design Mannal, Vol. III, р. 173 (1997 UBC), копия прилагается).

Изобретение направлено на увеличение энергопоглощающей способности и сохраняемости рамных узлов каркасов сейсмостойких зданий и сооружений без привлечения дополнительных распорок, обеспечивающих несущую способность ригеля.

Это достигается тем, что в узле соединения колонны с ригелем каркаса сейсмостойкого здания, включающем колонну и металлический ригель, имеющий ослабление сечения вне зоны сварных швов, соединяющих ригель с колонной, ослабление сечения в прокатном ригеле выполнено за счет вертикальных прорезей в полках по оси стенки с шириной не менее ее толщины и глубиной не менее двух толщин полки.

В узле соединения колонны с ригелем каркаса сейсмостойкого здания, включающем колонну и металлический ригель, имеющий ослабление сечения вне зоны сварных швов, соединяющих ригель с колонной, ослабление сечения в прокатном ригеле выполнено за счет горизонтальных прорезей в стенке на уровне ее сочленения с полками.

В узле соединения колонны с ригелем каркаса сейсмостойкого здания, включающем колонну и металлический ригель, имеющий ослабление сечения вне зоны сварных швов, соединяющих ригель с колонной, ослабление сечения в составном сварном ригеле выполнено за счет прерывания поясных сварных швов.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображен рамный узел соединения колонны с ригелем каркаса сейсмостойкого здания с вертикальными прорезями в полках прокатного ригеля. На фиг. 3 - то же, с горизонтальными прорезями в стенке прокатного ригеля. На фиг. 4 - то же, с прерванными поясными сварными швами в составном сварном ригеле.

Рамный узел соединения колонны с ригелем каркаса сейсмостойкого здания состоит из колонны 1 и прокатного или составного сварного ригеля 2, соединенных между собой сварными швами 3, причем ригель 2 имеет участок 4, на котором стенка отсоединена от полок вертикальными, горизонтальными прорезями или прерванными поясными сварными швами. При этом середина участка 4 отстоит от колонны 1 на расстоянии "А", не большем высоты ригеля 2, а длина участка 4 - не менее десяти и не более сорока толщин полки ригеля 2.

Работа рамного узла соединения колонны с ригелем каркаса сейсмостойкого здания происходит следующим образом. В момент сейсмического толчка колонна 1 стремится повернуться в узле по отношению к ригелю 2, чему препятствуют сварные швы 3. В одной из полок и обращенной к ней части стенки ригеля 2 возникают существенные сжимающие напряжения, которые на участке 4 вызывают потерю местной устойчивости с проявлением пластических деформаций, поглощающих энергию колебаний. Пластические деформации проявляются вне зоны концентраторов напряжений сварных швов 3, чем достигается увеличение энергопоглощающей способности и сохраняемости узла. Отсоединение полок от стенки ригеля 2 на участке 4 не приводит к снижению его несущей способности при изгибе в горизонтальной плоскости и потому не требует введения в узел дополнительных распорок по нижнему поясу ригеля 2.

Наибольший эффект достигается в узле, где ригель 2 имеет вертикальные прорези в полках на участке 4, которые не только отсоединяют полки от стенки, но и ослабляют сечение ригеля 2 при его изгибе в вертикальной плоскости. За счет этого уровень нормальных напряжений на участке 4 увеличивается, что приводит к появлению пластических деформаций помимо тех, которые сопровождают потерю местной устойчивости.